En este artículo se revisan las tendencias en robotización de la agricultura con especial atención a las especificaciones técnicas que deben contemplarse en el diseño y fabricación de estos equipos para su funcionamiento en un entorno desestructurado y con elevadas restricciones en cuanto al nivel de protección contra polvo, agua e impactos. Se presentan distintas iniciativas internacionales orientadas al desarrollo de concursos de robótica agrícolas en varias universidades europeas, y se describe la iniciativa de la Unión Europea de realizar una convocatoria competitiva de proyectos de investigación en este ámbito dentro del área de nanotecnologías y nanociencias

Barreiro Elorza, Pilar

Diezma Iglesias, Belen

Archivo Digital UPM

La robotización de las labores agrícolas como apuesta de futuro

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

La robotizacion de las 
labores agricolas 
como apuesta de futuro 
En este articulo se revisan las tendencias en robo-
tizacion de la agriculture con especial atencion a 
las especificaciones tecnicas que deben contem-
plarse en el diseno y fabrication de estos equipos 
para su funcionamiento en un entorno desestruc-
turado y con elevadas restricciones en cuanto alni-
vel de proteccion contra polvo, agua e impactos. Se 
presentan distintas iniciativas internacionales 
orientadas al desarrollo de concursos de robotica 
agricolas en varias universidades europeas, y se 
describe la iniciativa de la Union Europea de reali-
zar una convocatoria competitiva de proyectos de 
investigacion en este ambito dentro del area de 
nanotecnologias y nanociencias. 
Pilar Barreiro y Belen Diezma. 
Dpto. Ingenietia Rural. ETSI Agronomos. 
L a introduccion de la robotica en las labores agricolas de campo consti-tuye la vanguardia de la agricultura de precision ysupone un cambio de 
paradigma en la investigacion y el desarro-
llo de maquinaria. Actualmente la mayor 
parte de las practicas de produccion en 
campo se centran en la utilizacion de equi-
pos de gran potencia, pesados, costosos y 
con grandes capacidades de trabajo. Sin 
embargo, algunas universidades y centros 
de investigacion estan tratando de aprove-
char las fenomenales posibilidades que 
ofrecen los avances en microelectronica, 
tecnologfas de la information y sensorica, 
para redisenar los equipos agricolas1. Se 
persigue asfla fabricacion de vehfculos ro-
botizados ligeros, inteligentes, autonomos 
y relativamente baratos. 
Algunas practicas agricolas como el 
control de malas hierbas, la aportacion de 
nutrientes o el control de plagas pueden 
pasar de ser planificadas a escala de par-
cela a realizarse a escala de planta indivi-
dual. Se produce por tanto un transito de 
os sistemas de manejo sitio especi'fico 
(SEM, en ingles) al concepto de sistema a ni-
vel de planta (Plant Level System), termino 
acunado en 1996 que implica la transition 
entre el concepto "sitio especifico" al con-
cepto "a planta especifica". En este contexto 
los tratamientos son individualizados para 
cada planta (figura 1). 
De acuerdo con este nuevo paradigma, 
son susceptibles de robotizacion las tareas 
que impliquen una baja demanda de poten-
cia entre las que se incluyen todas aquellas 
que se realizan a nivel de planta: supervision 
(scouting), escarda selectiva, microabona-
do, micropulverizacion, microlaboreo, siem-
bra directa individualizada, poda localizada y 
recoleccion selectiva. 
Especificaciones tecnicas 
de los robots 
Uno de los investigadores pioneros en el 
ambito de la robotica aplicada a la agricultu-
ra es Simon Blackmore que incluso se ha 
lanzado a crearsu propia empresa denomi-
nada unibots (University Robots). Blackmore 
y colaboradores2 a lo largo de un conjunto de 
trabajos en los que nan participado varias 
universidades europeas establecen las si-
guientes categorias de especificaciones tec-
nicas para los robots: tamafio, peso, autono-
mfa de comportamiento, navegacion, capa-
cidad exploratoria, autodiagnostico, gestion 
de tareas, comunicacion, coordination, cola-
boracionyseguridad. 
Tamano 
Se identifican un minimo de tres tama-
nos correspondientes a tractores de peque-
no tamano (1-2 m, de 10-30 CV), vehfculos 
pequenos (<1 m, alrededor de 5 CV), vehfcu-
lo de muy pequeho tamano (menos de 1 
CV). Los primeros necesitan motor, los se-
gundos pueden funcionar con baterias y los 
terceros con pequenas celulas recargables. 
Peso 
Las categorias de peso van desde unos 
centenares de kilos para los tractores de pe-
queho tamano, menos de 100 kg para los 
vehfculos pequenos, entorno a 10 kg para 
los vehfculos muy pequenos, e inferiores a 1 
kg para los microrobots. 
Autonomi'a de comportamiento 
Se define autonomfa de comportamien-
to como la capacidad de reaccionar de for-
ma sensible al entorno, con posibilidad de 
moverse en un entorno seminatural sin su-
pervision humana durante largos periodos 
FIGURA1. 
HortiBot, vehiculo robotizado modular para utilization en horticultura. Fuente:The Danish Institute of Agricultural Sciences, 
Department of Agricultural Engineering (Dinamarca). 
de tiempo. Esta capacidad implica la exis-
tencia de un cierto grado de inteligencia (ca-
pacidad de resolver problemas), de retorno a 
la base para reabastecimiento, un elevado 
nivel de redundancia en los sistemas para 
evitarfallosfatalesyuncomportamientoco-
rrecto en situaciones complejas. 
Navegacion 
Se estima que el vehiculo estara en 
modo navegacion (desplazandose de un si-
tio a otro) entre el 80 y 90%, del tiempo para 
lo cual empleara sistemas de posiciona-
miento basados en tecnologia GPS-GIS. El 
vehiculo debe ser capaz de definir la trayec-
toria teniendo en cuenta las necesidades de 
soslayo de obstaculos. Cuando el vehiculo 
detecte un objeto debera reducir su veloci-
dad hasta pararse. Si el objeto no se mueve 
se identificara como estacionario y se dara 
un aviso para que se mueva. En caso de que 
el objeto permanezca detenido se interpreta-
ra que es un obstaculo y se rodeara. Una si-
tuacion especial que debe ser contemplada 
porel sistema de navegacion es el reabaste-
cimiento de energia. En caso de que el vehi-
culo detecte niveles bajos de energfa, debe-
ra retornar a la base, recargar y retomar la 
posicion y tarea anterior al desplazamiento. 
Capacidad exploratoria 
El robot debe disponer de sistemas sen-
sibles al entorno localmente, y capacidad de 
autoadaptacion a las necesidades de super-
vision del entorno en cada caso. Podran em-
plearse todas las tecnologias sensoras dis-
ponibles (NIR, ultrasonidos, etc.). 
Autodiagnostico 
El robot debe disponer de sistemas inter-
nos de percepcidn para verificar que los pa-
rametros mas importantes se encuentran 
dentro de los rangos normales de funciona-
miento. 
Gestidn de tareas con microequipos o 
microaperos 
El robot debe suministrar la potencia me-
canica y electrica, asi como los interfaces de 
comunicacion. La idea es que existan equi-
pos y aperos con una funcionalidad similara 
los actuales pero de muy reducidas dimen-
siones. Existira ademas un sistema de comu-
nicacion tipo Isobus mediante el cual el con-
trolador del equipo podra tomar el mando 
Son susceptibles de 
robotizacion las tareas 
que impliquen una 
baja demanda de 
potencia entre las 
que se incluyen 
todas aquellas 
que se realizan 
a nivel de planta ) 
general del vehiculo. Cada equipo podra te-
nersus especificaciones propias en cuanto a 
la calibration y diagnostico de errores. En el 
caso de que el vehiculo detecte un fallo, 
debe ser capaz de emprender acciones co-
rrectoras o retornar a la base en caso nece-
sario. 
Comunicacion 
Se emplearan sistemas de comunica-
cion digital (en forma de trenes de pulsos). El 
trafico de mensajes se minimizara mediante 
protocolos de filtrado de alto nivel. Se man-
tendra unficherotipo log que permita una ra-
pida identification de las causas de fallo y 
diagnostico de errores.Todos los procesos se 
acoplaran directamente a sus sensores y ac-
tuadores (control distribuido) para evitar re-
tardos de respuesta derivados de un funcio-
namiento en red con control centralizado. 
Coordinacidn 
Un ordenador central de la explotacion 
sera el encargado del control global del par-
que de vehiculos autonomos. El coordinador 
central debera tener una conexion de video 
en tiempo real independiente para cada ve-
hiculo con posibilidad de enfoque direccio-
nal. El sistema de control del coordinador 
debera poder mimetizar los parametros fun-
cionales de cada vehiculo para comprender 
lo que pasa. Cada vez que se ahada una ta-
rea o vehiculo debera ser posible invocar una 
rutina de optimizacion. El coordinado se co-
municara con cada vehiculo via radio, y podra 
establecer la necesidad de disponer de ba-
ses de reabastecimiento moviles. Estas ba-
ses deberan poder ser utilizadas por multi-
ples robots. 
Colab ration 
Dentro de la filosofi'a de los parques de 
robots, se entiende que los equipos deben 
ser capaces de trabajar de forma conjunta, 
especialmente en tareas cn'ticas, 
Seguridad 
La seguridad se expresa en terminos de 
integridad de terceros, integridad propia y 
del cultivo. Para poder lograr este proposito 
son necesarios sistemas sensores inteli-
gentes y sistemas redundantes. 
Concursos 
Internationales en 
robotica 
Los concursos internacionales sobre 
robotica en agricultural los que concurren 
entusiastas estudiantes universitarios de 
Fotas 1 y 2. Robots participantes en distintas ediciones 
de Field Robot Event. Fuente: Field Robot Event 
formation y origen muy diversos, suponen un 
foro de gran utilidad para el acometimiento 
de nuevos retos, la puesta en comun de avan-
ces y tendencias y su presentation a la socie-
dad. 
Field robot event 
Desde 2003 se celebra anualmente el 
concurso Field Robot Event promovido por la 
Universidad de Wageningen (http://fieldro-
bot.nl). Esta institution ha sido la sede del 
concurso en las ediciones de 2003 a 2006, 
2007 y 2009; las Universidadesalemanasde 
Hohenheim y Osnabruck acogieron las edi-
ciones de 2006 y 2008 respectivamente. 
En todas las convocatorias los grupos 
participantes nan de disenar, fabricar y pro-
gramar su propio robot autenomo y robusto 
para realizar trabajos de campo. La organiza-
tion establece y publica las tareas especifi-
cas de cada edition con antelacion sin impo-
ner ninguna restriction en la construction del 
robot, de manera que los participantes con-
curren a la cita con sus disefiosacabados,se-
leccionando para ello cuantos medios consi-
deren oportunos (fotos 1 y 2). 
Los sistemas de navegacion, la sensorica 
y los sistemas actuadores son los tres aspec-
tos claves que se nan ido valorando a lo largo 
de las convocatorias. En todas ellas se ha exi-
gido que los robots se desplazaran entre line-
as de plantas de mai'z con alturas comprendi-
das entre 30 y 60 cm, con una separation en-
tre lineas de 75 cm y entre plantas de 10 cm, 
y con un porcentaje de fallos dependiente de 
la bondad de la madre naturaleza y de la labor 
de siembra. Adicionalmente en algunas edi-
ciones se ha propuesto la tarea de detection 
y pulverization de malas hierbas. 
Los sistemas de navegacion implementa-
dos en los vehfculos robots nan sido varia-
dos3: desde maquinas dirigidas por control 
remote con asistencia de camaras de video, 
hasta vehfculos verdaderamente autenomos 
que siguen una trayectoria segun la sehal ad-
quirida por diferentes tipos de sensores (tac-
tiles, de distancia por infrarrojos, de luz, de co-
lor, de ultrasonidos, etc.), 
La experiencia acumulada a lo largo de 
las ediciones anteriores permite identificar al-
gunos problemas tecnicos: 
• La navegacion entre las lineas de mafz 
todavia no es robusta. Fallos en lossensores, 
en los circuitos electricos o en la programa-
cion vuelven loco al robot produciendo inclu-
so rotura de plantas. 
FIGURA 2. 
Navegacion en un campo de maiz con lineas 
en curva. Los robots tienen que seguir las 
lineas girar en cabeceras y continuar 
siguiendo la linea adyacente. 
Navegacion avanzada segun un patron 
complejo definido en un campo de maiz con 
lineas de diferentes longitudes y con fallos. 
Start , Fin 
1 
i 
1 i 
i < 
! 1 
i 
1 
4 
sh 
* « 
l 
1 
1 
• 
k> 
i 
• 
— 
1 
1 
f 
r~" > ^ 
Fuente: Field Robot Event 2009. 
• Los giros en cabecera no estan comple-
tamente resueltos. En algunos casos los vehf-
culos precisan un gran espacio en cabecera 
para encarar la siguiente linea (excesivo radio 
de giro, escasa maniobrabilidad). Los algorit-
mos mas frecuentemente implementados 
Foto 3. Estudiantes participantes y organizadores del concurso Agrotech 2009. ETSI Agrdnomos de la Universidad 
Politecnica de Madrid. Fuente: Agrotech 2009. 
para el giro en cabecera solo son apropiados 
si el borde de la cabecera es perpendicular a 
la orientation de la linea de cultivo, lo que fre-
cuentemente no se cumple en la practica. 
• No es facil distinguir entre el final de 
una Ifnea y las marras de plantas a lo largo de 
lamisma. 
• La actuation sobre las malas hierbas 
es poco precisa: los robots comienzan la pul-
verizacion muy pronto y la finalizan muy tarde, 
tratando de asegurar la eliminacidn de la 
mala hierba. 
Asf, en la ultima edicidn (Julio 2009) el 
acento se pone en la mejora de la robustez y 
la precision de los vehi'culos robots. Esta edi-
cidn propone tres tareas, las dos primeras 
centradas en la navegacidn (figura 2) y la ter-
cera en el control de malas hierbas. Las malas 
hierbas se simulan mediante bolas de golf 
verdes que se distribuyen aleatoriamente en 
el campo de maiz. La detection de una mala 
hierba tiene que hacerse patente mediante la 
emisidn de una serial luminosa o de un soni-
do; adicionalmente el robot tiene que realizar 
una pulverizacion localizada cuya bondad se 
evaluara mediante la colocacion de papel hi-
drosensibleenelcampo. 
Agrotech 
Agrotech es una iniciativa surgida en la 
ETSI Agrdnomos de la Universidad Politecnica 
de Madrid, con una clara vocacion docente4,5 
y con el animo de constituir un foro comple-
mentary a Field Robot Event. Se trata tambien 
de un concurso internacional dirigido a estu-
diantes universitarios,cuya primera edicidn se 
ha celebrado en Madrid el pasado mes de 
mayo en colaboracidn con la asociacidn BEST 
(Board if European Students of Technology). 
Los cuarenta participantes (foto 3) en 
este concurso fueron seleccionados (de entre 
un total de 120 propuestas) y organizados 
en grupos de cuatro componentes buscan-
do la complementariedad y sinergia de sus 
conocimientosy habilidades. 
Todos los medios necesarios para el di-
seno y programacion de los robots fueron 
facilitados a los participantes el primer dia 
de competition: cuatro cajas de Lego 
Mindstorm, conteniendo: dos unidades de 
control, cuatro motores,sensores diversosy 
elementos de construction (engranajes, 
piezas de union, articulation, topes, etc.). 
En este mismo di'a se hizo publico el proble-
ma a resolver: los robots debian constituir 
vehiculos autonomos, capaces de moverse 
entre lineas de arboles, dar la vuelta en ca-
becera y realizar una recoleccion selectiva 
recogiendo los frutos maduros y cargando-
los en el correspondiente remolque. El 
huerto de arboles puede verse en la foto 4. 
El problema completo se dividio en 
subtareas que fueron evaluadas tras cada 
una de las tres jornadas de trabajo. 
Algunos disenos se mostraron muy 
eficaces en el derribo masivo de frutos al in-
corporarsistemas que realizaban un barrido 
de las copas de los arboles (foto 5). Otros 
incorporaban sensores para posicionar el 
sistema de derribo, posibilitando, aunque 
no consiguiendo totalmente, una recolec-
cion selectiva, 
La robotica dentro del 
VII Programa Marco l+D 
El VII Programa Marco l+D establece 
como ambito de investigation prioritario la in-
tegration de las tecnologias de la information 
y las comunicaciones en la agricultura, asi 
como la aplicacion de la automatization y la 
robotica. 
Merece la pena destacar alguna de las 
propuestas financiadas en convocatorias an-
teriores en el area "Alimentation, agricultura y 
biotecnologias (conocimiento basado en Bio-
economia).Asi, desde 2008 se desarrolla el 
proyecto de investigacion "FutureFarm: Mee-
ting the challenges of the farm of tomorrow by 
integrating Farm Management Information 
Systems to support real-time management 
decisions and compliance to standards", que 
integra a quince instituciones procedentes de 
diez pafses, y cuyo coordinador es el profesor 
Simon Blackmore. Algunos de los principales 
aspectos incluidos en este proyecto 
(http://www.futurefarm.eu) refieren a la agri-
cultura de precision, al manejo de informa-
tion en tiempo real y al analisis del potential 
de los sistemas robotizados en mecaniza-
cion agricola. 
Resulta especialmente significativo 
que en el area Nanotecnologfas y nano-
ciencias, materiales y nueva production se 
incluya una li'nea financiable (topic) direc-
tamente relacionada con el manejo forestal 
y de cultivos: automatization y robotica 
para el manejo sostenible de la production 
agricola y forestal (NMP-2009-3.4-1). En el 
ambito agricola y forestal el aumento de la 
competitividad requiere un incremento de 
la automatization, mientras que considera-
ciones de tipo medioambiental exigen la 
capacidad de aplicaciones o actuaciones 
diferenciales de forma precisa. La convoca-
toria invita a las propuestas a resolver o me-
joraralgunascuestiones: 
• Desarrollo de nuevos sensores para 
la localization o detection de sistemas bio-
logicos, estado vegetativo de las plantas o 
caracteristicas quimicas de planta o suelo. 
• Desarrollo de efectores y actuadores 
para la aplicacion precisa de insumos o 
para la manipulation fisica de objetos, 
• Programacion de rutinas y modelos 
de control para la aplicacion variable de in-
sumos a velocidades economicamente efi-
cientes. 
• Diseno de sistemas de comunica-
cion e interfaces que permitan el control y 
actuation en tiempo real y optimicen el al-
macenamiento de la information para fu-
turasoperaciones.# 
I') Jorgensen, R.N., Sorensen, C.G., Pedersen, J.M., Havn, I., 
Jensen. K., Sogaard, H.T.. Sorensen LB.. 2006. Hortibot: A 
system design of a robotic tool carrier for high-tech plant 
nursing. ATOE 2006 Bonn Automation Technology for Off-
Road Equipment - Pre-Conference to the 2006 CIGR World 
Congress Bonn, Sept 3 - 7 2006 in Bonn. Germany (Sept 1 
-2,2006). 
12) Blackmore, S, Stout, B., Wang, M. and Runov, B„ 2005 
Robotic agriculture-the future of agricultural mechanisa-
tion? Precision Agriculture '05. Edited byJ.V. Stafford, pp. 
621-628, 
<3>Van Straten, G. 2004. Report on Field robot event. Wage-
neingen, 5-6 June 2003, Computers and Electronics in 
Agriculture (2004) 51-58. 
(*l Barreiro, R; Recio, B,; Mendez-fuentes..; Moratrj, M.C.; 
Ramirez, E. 2009. AGROTECH09: building agricultural ro-
bots with lego mindstorm. A multidisciplinary and multicul-
tural approach. Edulearn. Barcelona. 
(5> Barreiro, R; Diezma, B; Recio, B.; Fuentes-Mendez, V. 
2009. Fitting into their shoes: how robots help multidisci-
plinary approaches under cooperative learning. ABP 
workshop. Madrid Foto 4 (arrlba), Recorrido entre 'lineas de arboles'. Fuente: Agrotech 2009, 
Foto S (abajo). Detalle del sistema recogedor de uno de los robots disenado en el concurso. Fuente: Agrotech 2009 


http://oa.upm.es/5279/2/INVE_MEM_2009_69927.pdf

La robotización de las labores agrícolas como apuesta de futuro

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Archivo Digital UPM

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid